隨著油田開發的不斷深人，部分水解聚丙烯酰胺 (HPAM)成為我國油田驅油中使用最廣泛的水溶性 聚合物之一，在三次采油中取得了良好的經濟和社會 效益。HPAM由于自身的結構特點，造成耐溫抗鹽能 力較差，因此提髙HPAM的耐溫抗鹽性是科研工作 者研究的重要課題[1’2]。為了改善HPAM的耐溫抗 鹽性能，引人含一SO:<H基團的2-丙烯酰胺基-2-甲基 丙磺酸(AMPS)單體，從而開發出耐溫抗鹽性較好的磺化聚丙烯酰胺(SPAM)。
目前，合成丙烯酰胺類聚合物多數釆用單一的氧 化還原引發體系進行低溫引發，但這類引發劑鏈轉移 率高，不易合成高分子量的聚合物，相比之下偶氮類引 發劑鏈轉移率低，能使聚合反應緩慢進行，易得到髙分 子量的聚合物，但其引發溫度較高[:<，4]。此外，丙烯酰 胺(AM)與AMPS共聚屬于放熱反應，隨著反應的進 行，體系溫度不斷升高，會使引發劑分解速率加快，自 由基濃度增加，不利于合成高分子量的聚合物[5’6]。 根據上述兩類引發劑的特點，作者采用偶氮一氧化還 原劑復合引發體系，在絕熱條件下進行聚合反應，制備 出具有較好耐溫抗鹽性能的SPAM。
1實驗1.1試劑與儀器AM、AMPS、甲醛合次硫酸氫鈉，工業級;偶氮二 異丁腈（AIBN)、失水山梨醇單月桂酸酯（Span 20)、過 硫酸銨、氫氧化鈉、乙二胺四乙酸二鈉、尿素、氣化鈉、 氯化鎂、無水氣化鈣，分析純。
DV-D +PRO型布氏粘度計，Tensor 27型傅立 葉變換紅外光譜儀，4-0. 57型烏氏粘度計，通氮驅氧 裝置，聚合瓶，保溫瓶（自制）等。
1.2SPAM的合成稱取定量的AMPS置于聚合瓶中，加人適量蒸餾 水使其完全溶解，用氫氧化鈉調節溶液pH值達到預 定值，加人定量的AM、助劑和AIBN，攪拌均勻。通 氮氣30 min，將聚合瓶放人一定溫度的恒溫水浴中， 先后加人計量的甲醛合次硫酸氫鈉、過硫酸銨，繼續通 氮氣，待聚合反應開始時，停止通氮氣，將聚合瓶密封 置于保溫瓶內進行絕熱聚合，直到反應結束，膠體產物 經干燥、粉碎后得到粉末狀SPAM。將SPAM配成 500 mg ? L—1溶液，30X：下測其表觀粘度。
固定單體質量分數10%、引發劑質量分數0.3%、 AMPS與AM質量比1.0 : 1、AIBN與氧化還原引發 劑質量比4 : 1、PH值7、聚合起始反應溫度40 C，分 別逐一改變單因素，采用單因素實驗確定SPAM合成最佳條件。
1.3測試與表征對所合成的SPAM進行紅外光譜測試。采用烏 氏粘度計測試SPAM的特性粘度。對SPAM進行財 溫、抗鹽性能測試。
2結果與討論2.1SPAM合成條件優化2. 1.1單體質量分數對聚合反應的影響（圖1)
由圖1可知，當單體質量分數為10%時，表觀粘 度最大;繼繽增大單體質量分數，表觀粘度反而減小。 這是因為，單體質量分數過高，聚合反應放出的熱量難 以及時排出，導致引發速度加快，促進鏈轉移和鏈終止 反應的發生，分子量下降，表觀粘度減小。因此，確定 適宜的單體質量分數為10%。
2. 1. 2引發劑質童分數對聚合反應的影響（圖2)
50 ?
0.10 0.150.200.250.300.350,40引發劑質ft分數/%圍2引發劑質最分數對聚合反應的彩響 Fig. 2 The effect of initiators mass fraction on polymerization由圖2可知，當引發劑質量分數為0. 15%時，表 觀粘度最大。隨著引發劑質量分數的增大，自由基數 量增多，提髙了聚合活性；但引發劑質量分數過髙時， 分解的自由基數量過多，增加了聚合反應終止的幾率。 因此，確定適宜的引發劑質量分數為0.15%。
2.1.3單體配比（AMPS與AM的質量比，下同）對 聚合反應的影響（圖3)
400.0 ： 10.5 ： 11.0 ： 11.5： 12.0 ： 12.5 ： 1m(AMPS) ： m(AM)
圖3單體配比對聚合反應的彩響 Fig. 3 The effect of mass ratio of AMPS to AM on polymerization由圖3可知，當單體配比為1.0 : 1時，表觀粘度 最大;增大或減小單體配比，表觀粘度均減小。這是因 為，當單體配比較小時，隨著AMPS用量的增加，由于 分子鏈中存在AMPS電離結構，產生靜電排斥作用， 使聚合物結構變得伸展，表觀粘度增大;當單體配比較 大時，AMPS用量過多，AMPS中大的側基在靜電作 用下，會產生較大的位阻，使未參加共聚的單體聚合困 難[7]。因此，確定適宜的AMPS與AM質量比為1. 0 ! U2.1.4引發劑配比(AIBN與氧化還原引發劑的質量 比，下同)對聚合反應的影響（圖4)
由圖4可知，當引發劑配比為4 : 1時，表觀粘度 最大。這是因為，當引發劑配比過低時，氧化還原劑用 量多，鏈轉移作用較強，導致聚合物分子量降低；當引 發劑配比過髙時，氧化還原劑用量少，反應產生的熱量 不足以引起AIBN的分解，無法進一步發生鏈增長反 應，也導致分子童下降。因此，確定適宜的AIBN與氧化還原引發劑的質量比為4 : 1。
2. 1.5 pH值對聚合反應的影響（圖5)
由圖5可知，當pH值為6時，表觀粘度最大。這 是因為，pH值較低時，溶液呈酸性，H+會吸附于 -S03H上，分子鏈間的靜電作用減弱，發生蜷曲，表 觀粘度減小;而pH值較高時，溶液呈堿性，AM單體 的水解速度加快，同樣會導致SPAM表觀粘度減小。 因此，確定適宜的pH值為6。
2.1.6聚合起始反應溫度對聚合反應的影響（圖6)
為AMPS和AM的共聚物。
2.2.2相對分子質量參照GB 12005.1—89中一點法，測得SPAM的特性 枯度[7] = 1277. 9 mL ? g叫，由 GB/T 12005. 10 —92 中M=802[7]125，求出其相對分子質量為6. 13X106。 相比之下，采用單一氧化還原引發體系制備的SPAM 特性粘度[7] = 1143. 3 mL ? g-1，分子量為5. 33 X 106。
1.2. 3 耐溫性（圖8)
由圖6可知，當聚合起始反應溫度為40 t：時，表 觀粘度最大。這是因為，隨著聚合起始反應溫度的升 高，體系中自由基數量增加，促進單體聚合反應的發 生，表觀粘度增大;但反應溫度過高時，引發劑分解速 度過快，生成自由基數量過多，同時促進鏈轉移反應的 發生，分子量下降，表觀粘度反而減小。因此，確定適 宜的聚合起始反應溫度為40 X：。
2.2 SPAM結構性能評價 2.2.1紅外光譜分析(圖7)
由圖7可知，與HPAMC分子量7X106)相比，合 成的 SPAM 在 llM. 67 cm—1 和 1〇39_ 58 cnT1 處出現 了一S03H的對稱和不對稱伸縮振動峰，表明SPAM由圖8可知，隨著溫度的升高，3種聚合物溶液的 表觀粘度均呈下降趨勢。與工業HPAM(分子量7X 1〇6)相比，引人一S03H基團制備的SPAM表現出較 好的耐溫性能。此外，采用復合引發體系在高溫、絕熱 條件下制備的SPAM的表觀粘度及粘度保持率均明 顯高于單一氧化還原引發體系制備的SPAM。
2.2.4抗鹽性配制Ca2+含量為364 mg ? L—1、Mg2+含量為136 mg ? L-1、總礦化度為20 000 mg ? L-1的溶液，測試 聚合物的抗鹽性能，結果如圖9所未。
由圖9可知，采用復合引發體系絕熱聚合制備的 SPAM具有更好的抗鹽性能。這是因為，與HPAM4 2 0 8 6 4S - 3ds/lfss*圖9總礦化度對聚合物表現粘度的影響 Fig. 9 The effect of total salinity on apparent viscosity of polymer(分子量7X106)相比，引入的AM^S中含有對鹽不敏 感、極性強的一S03H基團，同時一NH-基團被大的 側基保護，會抑制酰胺基的水解，兩種因素共同作用使 得SPAM的抗鹽性優于HPAM(分子量7X106)。與 單一氧化還原引發體系相比，復合引發體系結合了氧 化還原劑和偶氮類引發劑的特點，合成的SPAM分子 量更大，表現出更好的抗鹽性能。
2.結論(1)通過單因素實驗，考察單體質量分數、引發劑 質量分數、單體配比、引發劑配比、PH值、聚合起始反 應溫度對聚合反應的影響，確定SPAM的最佳合成條 件為：單體質量分數10%、引發劑質量分數0. 15%、AMPS與AM質量比1.0 : 1、AIBN與氧化還原引發劑質量比4 : l、pH值6、聚合起始反應溫度40 'C，在此條件下，制得的SPAM的分子量為6. 13 X106,結構經紅外光譜確證。
(2)與工業HPAM(分子量7X 106)相比，引人_S03H制備的SPAM具有更好的耐溫抗鹽性能，而采用復合引發體系又要明顯優于單一氧化還原引發體系。